Волоконно-оптический усилитель с поглотителем

Волоконно-оптический усилитель с поглотителем

Реферат

 

Изобретение используется в волоконно-оптических линиях связи. Усилитель содержит первое и второе устройства развязки, первый усилительный узел, включающий первый ответвитель с селекцией по длинам волн (ОСДВ), первый источник оптической накачки и соединенное с первым ОСДВ первое оптическое волокно, которое легировано эрбием для усиления входного оптического сигнала с использованием вынужденного излучения, вызванного первым источником накачки, узел поглощения, второе ОСДВ, имеющий входной порт, подсоединенный к первому усилительному узлу, и первый и второй выходные порты, поглотитель, один конец которого соединен с первым выходным портом второго ОСДВ, второе передающее оптическое волокно, подсоединенное к второму выходному порту второго ОСДВ, и третий ОСДВ, имеющий первый и второй входные порты, соединенные соответственно с поглотителем и вторым передающим волокном, и выходной порт, предназначенный для связи сигналов, которые вводят через первый и второй входные порты, и для передачи через него связанных сигналов, и второй усилительный узел для усиления выходного оптического сигнала узла поглощения, включающий второй источник оптической накачки. Поглотитель является волокном, легированным эрбием и поглощающим выходящий из первого выходного порта второго ОСДВ оптический сигнал с длиной волны 1530 нм. Повышен коэффициент усиления и уменьшены шумы. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к волоконно-оптическому усилителю с поглотителем, а более конкретно - к волоконно-оптическому усилителю, имеющему поглотитель для поглощения оптических сигналов в заданном диапазоне длин волн.

Волоконный усилитель, легированный эрбием (ВУЛЭ), служит для периодического усиления ослабленного оптического сигнала и компенсации ослабления оптического сигнала, вызванного большим расстоянием передачи в случае, когда значительное количество данных передают на большие расстояния через оптическое волокно. ВУЛЭ непосредственно усиливает световой сигнал без замедления во времени преобразования с целью усиления светового сигнала в электрический сигнал. Таким образом, ВУЛЭ является эффективным и экономичным средством для усиления оптических сигналов.

На фиг. 1 показана структурная схема известного ВУЛЭ. ВУЛЭ (фиг. 1) содержит первое устройство 100 развязки, первый источник 102 оптической накачки, первый ответвитель с селекцией по длинам волн (ОСДВ) 104, волокно 106, легированное эрбием (ВЛЭ), второй ОСДВ 108, второй источник 110 оптической накачки и второе устройство 112 развязки.

Ниже описывается работа ВУЛЭ (фиг. 1). Во-первых, первый и второй источники оптической накачки 102 и 110 вводят световой пучок накачки, который имеет центральную длину волны 980 нм. Первый и второй ОСДВ 104 и 108 связывают световой пучок накачки с оптическим сигналом, который имеет диапазон длин волн 1500 нм и вводится через их соответствующие входные порты. Световой пучок накачки возбуждает ионы эрбия, находящиеся в ВЛЭ 106 в нижнем энергетическом состоянии. Оптический сигнал усиливается за счет вынужденного излучения возбужденного эрбия. Усиленный оптический сигнал подается на второе устройство 112 развязки через второй ОСДВ 108.

Первое устройство 100 развязки предотвращает снижение эффективности усиления оптического сигнала за счет усиленного спонтанного излучения (УСИ), выходящего из ВЛЭ 106, которое отражается от оптического устройства, такого как соединитель входного сигнала, и повторно вводится в ВЛЭ 106. Аналогично, второе устройство 112 развязки предотвращает снижение эффективности усиления за счет УСИ, которое отражается от оптического устройства, такого как соединитель входного сигнала, и повторно вводится в ВЛЭ 106.

Однако ВУЛЭ имеет различные коэффициенты усиления в зависимости от длины волны. В частности, УСИ в диапазоне длин волн 1530 нм является сильным, и усиление внутри этого диапазона остается высоким. В результате усиление в диапазоне длин волн 1550 нм, который часто используется для передачи оптических сигналов, снижается и увеличивается шум-фактор, таким образом повышая разность по усилению ВУЛЭ для разных длин волн.

Также, когда ВУЛЭ подсоединяют в середине системы для усиления оптического сигнала, ослабленного во время передачи, усиление значительно возрастает в диапазоне длин волн 1530 нм, чем в других диапазонах длин волн. Следовательно, максимальное усиление происходит в диапазоне длин волн 1530 нм.

Следовательно, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы выполнить волоконно-оптический усилитель с поглотителем, который включает в себя волокно, легированное эрбием (ВЛЭ), выполняющее роль поглотителя и расположенное между ВЛЭ, которые действуют как среда, усиливающая свет, и повышает коэффициент усиления в диапазоне длин волн, который обычно используется в оптической связи, и уменьшает шум-фактор за счет уменьшения коэффициента усиления оптического сигнала в диапазоне длин волн 1530 нм и дополнительного усиления оптического сигнала.

Соответственно, для решения вышеупомянутой задачи предусмотрен волоконно-оптический усилитель с поглотителем, содержащий первый усилительный узел для усиления входного оптического сигнала с использованием первого светового пучка накачки, узел поглощения для выделения оптического сигнала и светового пучка накачки из выходного светового пучка первого усилительного узла и для поглощения оптического сигнала, имеющего заданный диапазон длин волн, и второй усилительный узел для усиления выходного оптического сигнала узла поглощения с использованием второго светового пучка накачки.

Сущность изобретения иллюстрируется ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых: фиг. 1 изображает структурную схему известного волоконно-оптического усилителя; фиг. 2 изображает структурную схему волоконно-оптического усилителя с поглотителем согласно настоящему изобретению; фиг. 3 изображает графическую зависимость коэффициента усилителя от длины волны усилителя (фиг. 2) и фиг. 4 изображает графическую зависимость шум-фактора от длины волны усилителя (фиг. 2).

На фиг. 2 волоконный усилитель, легированный эрбием (ВУЛЭ), согласно настоящему изобретению включает в себя первое устройство 200 развязки, первый усилительный узел 210, узел 220 поглощения, второй усилительный узел 230 и второе устройство 240 развязки.

Первый усилительный узел 210 усиливает входной оптический сигнал, использующий первый световой пучок накачки, и содержит первый источник 211 оптической накачки, первый ответвитель (ОСДВ) 212 с селекцией по длинам волн и первое волокно 213, легированное эрбием (ВЛЭ).

Узел поглощения 220 выделяет оптический сигнал и световой пучок накачки из выходного светового пучка первого усилительного узла 210 и поглощает оптический сигнал, имеющий заданный диапазон длин волн, и содержит второй ОСДВ 221, второе ВЛЭ 222, передающее волокно 223 и третий ОСДВ 224.

Второй усилительный узел 230 усиливает выходной оптический сигнал, выходящий из узла 220 поглощения, и содержит второй источник 231 оптической накачки, четвертый ОСДВ 232 и третье ВЛЭ 233.

Первый источник 211 оптической накачки генерирует световой пучок накачки, который имеет центральную длину волны 980 нм. Первый ОСДВ 212 связывает этот световой пучок накачки с оптическим сигналом, который имеет вход в диапазоне длин волн 1500 нм, через его входной порт и передает полученный в результате оптический сигнал через одно оптическое волокно. Первое ВЛЭ 213 усиливает оптический сигнал за счет вынужденного излучения ионов эрбия, возбужденных с помощью светового пучка накачки.

Второй ОСДВ 221 выделяет усиленный оптический сигнал из светового пучка накачки, оставшегося в первом ВЛЭ 213. Второе ВЛЭ 222 поглощает оптический сигнал, усиленный в заданном диапазоне длин волн. Волокно 223 передачи передает выделенный световой пучок накачки. Третий ОСДВ 224 связывает оптический сигнал, переданный через второе ВЛЭ 222, со световым пучком накачки, переданным через передающее волокно 223.

Второй источник 231 оптической накачки генерирует световой пучок накачки, который имеет центральную длину волны 980 нм. Полученный световой пучок накачки падает на третье ВЛЭ 233 через четвертый ОСДВ 232. Падающий световой пучок накачки и световой пучок, прошедший через третий ОСДВ 224, возбуждают ионы эрбия третьего ВЛЭ 233. Третье ВЛЭ 233 усиливает оптический сигнал, прошедший через третий ОСДВ 224, за счет вынужденного излучения ионов эрбия.

В этом случае второй и третий ОСДВ 221 и 224 могут работать в направлении, противоположном вышеописанному направлению. То есть, третий ОСДВ 224 выделяет оставшийся световой пучок накачки из оптического сигнала, выходящего из второго усилительного узла 230. Второй ОСДВ 221 связывает оптический сигнал, который передается через второе ВЛЭ 222, со световым пучком накачки, который проходит через передающее волокно 223.

Первое устройство 200 развязки защищает от повторного ввода усиленного вынужденного излучения (УВИ) во входной порт. Второе устройство 240 защищает выходной сигнал от отражения, повторного введения его через выходной порт и влияния на усиление сигнала.

Следовательно, падающий оптический сигнал в первую очередь усиливается первым усилительным узлом 210. Уровень УВИ снижается в диапазоне длин волн 1530 нм больше, чем для других длин волн. Затем, полученный в результате оптический сигнал второй раз усиливается с помощью второго усилительного узла 230. Световой пучок накачки, оставшийся в первом и в третьем ВЛЭ 213 и 233, проходит через второй и третий ОСДВ 221 и 224, пропуская второе ВЛЭ 222, которое является поглотителем.

Коэффициент поглощения второго ВЛЭ 222 составляет 12 дБ/м на длине волны 1530 нм и около 4 дБ/м на длине волны 1550 нм. Соответственно, поглощение на длине волны 1550 нм составляет около 15% от поглощения на длине волны 1530 нм. Таким образом, второе ВЛЭ 222 устраняет УВИ в диапазоне длин волн 1530 нм до второго усиления, и возбужденный эрбий используется для усиления сигналов в других диапазонах длин волн. После того, как УВИ в диапазоне длин волн 1530 нм, полученное посредством прохождения через первый усилительный узел 210, поглощается, ионы эрбия, возбужденные с помощью второго усилительного узла 230, усиливают сигналы, имеющие длины волн в диапазонах 1540 нм и 1560 нм, с повышенным коэффициентом усиления и более низким уровнем шума.

Предпочтительная концентрация эрбия первого и третьего ВЛЭ 213 и 233, используемая в настоящем изобретении, составляет 165 частей на миллион, а их длины равны 20 м и 13 м соответственно. Второе ВЛЭ 222, используемое в качестве поглотителя, имеет концентрацию эрбия 200 частей на миллион и длину 4 м. Выходная мощность каждого источника оптической накачки составляет 90 мВт.

На фиг. 3 и 4 изображены графики, на которых показаны усиление и шум-фактор в зависимости от длины волны, как для известного ВУЛЭ, так и для ВУЛЭ согласно настоящему изобретению. Пунктирная линия показывает характеристики известного ВУЛЭ, а сплошная линия представляет характеристики ВУЛЭ согласно настоящему изобретению. На фиг. 3 и 4 усиление ВУЛЭ согласно настоящему изобретению ниже приблизительно на 2 дБ для длин волн, меньших 1540 нм, и приблизительно на 2 дБ выше для длин волн выше 1540 нм по сравнению с известным ВУЛЭ. Шум-фактор уменьшается во всем диапазоне длин волн.

Согласно настоящему изобретению ВУЛЭ можно легко изготовить с помощью добавления поглотителя, выполненного из того же самого материала, как и волокно, легированное эрбием, в известный ВУЛЭ. Также, характеристики ВУЛЭ можно легко изменить путем управления длины поглотителя. Кроме того, можно увеличить коэффициент усиления в диапазоне длин волн, обычно используемых при передаче оптических сигналов, и можно снизить шум-фактор.

Формула изобретения

1. Волоконно-оптический усилитель с поглотителем, содержащий первое и второе устройства развязки, первый усилительный узел, включающий первый ответвитель с селекцией по длинам волн (ОСДВ), первый источник оптической накачки и соединенное с первым ОСДВ первое оптическое волокно, которое легировано эрбием для усиления входного оптического сигнала с использованием вынужденного излучения, вызванного первым источником накачки, при этом первый ОСДВ имеет первый входной порт для приема входного оптического сигнала, второй входной порт, соединенный с первым источником оптической накачки, и выходной порт для связи сигналов, которые вводятся через первый и второй входные порты, друг с другом и вывода результирующего оптического сигнала через выходной порт, узел поглощения, выполненный с возможностью выделения оптического сигнала и оптического пучка накачки из выходного оптического пучка первого усилительного узла и поглощения оптического сигнала, имеющего заданный диапазон длин волн, включающий второй ОСДВ, имеющий входной порт, подсоединенный к первому усилительному узлу, и первый и второй выходные порты, поглотитель, один конец которого соединен с первым выходным портом второго ОСДВ, второе передающее оптическое волокно, подсоединенное ко второму выходному порту второго ОСДВ, и третий ОСДВ, имеющий первый и второй входные порты, соединенные соответственно с поглотителем и вторым передающим волокном, и выходной порт, предназначенный для связи сигналов, которые вводятся через первый и второй входные порты, и для передачи через него связанных сигналов, и второй усилительный узел для усиления выходного оптического сигнала узла поглощения, включающий второй источник оптической накачки, отличающийся тем, что поглотитель является волокном, легированным эрбием и поглощающим, выходящий из первого выходного порта второго ОСДВ оптический сигнал, имеющий длину волны соответственно высокого коэффициента усиления, при этом второе передающее волокно передает световой пучок накачки, который вводится через второй порт второго ОСДВ.

2. Волоконно-оптический усилитель по п.1, отличающийся тем, что второй усилительный узел содержит второе оптическое волокно, легированное эрбием, подсоединенное к узлу поглощения, для усиления выходного оптического сигнала узла поглощения за счет вынужденного излучения, вызванного световым пучком накачки второго источника оптической накачки, и четвертый ответвитель с селекцией по длинам волн (ОСДВ), имеющий первый входной порт, подсоединенный ко второму оптическому волокну, легированному эрбием, второй входной порт, подсоединенный ко второму источнику оптической накачки, и выходной порт для вывода сигнала, усиленного с помощью второго оптического волокна, легированного эрбием.

3. Волоконно-оптический усилитель по п.1, отличающийся тем, что первое устройство развязки размещено перед первым усилительным узлом и второе устройство развязки размещено позади второго усилительного узла.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4